固體高次諧波：現(xiàn)象、機制及應用（特邀）

吳桐，錢晨，汪子劭，張翔宇，余超，陸瑞鋒

（南京理工大學 理學院，南京210094）

0 引言

光與物質(zhì)相互作用是物理學研究的重要領(lǐng)域，在科學技術(shù)的發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色。光與物質(zhì)相互作用的過程，主要通過電子的量子躍遷描述，伴隨著光子的發(fā)射、吸收或散射。原子、分子、固體等物質(zhì)的光吸收和光發(fā)射現(xiàn)象，正是許多科學技術(shù)的基石，例如激光、現(xiàn)代光譜學、X 射線源、光電二極管和太陽能電池等［1］。而激光具有良好的單色性、方向性和相干性，是人們探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)、研究物質(zhì)性質(zhì)強有力的工具。自1960年第一臺紅寶石激光器激光面世［2］以來，得益于調(diào)Q 技術(shù)、鎖模技術(shù)、啁啾脈沖放大技術(shù)等方面的突破，目前可以獲得的激光聚焦功率密度可以達到1022W/cm2［3］，峰值功率達到拍瓦（1015W）量級，激光的脈沖寬度也從納秒（10-9s）壓縮到飛秒（10-15s）量級。隨著激光強度不斷增強，當激光脈沖的電場強度達到甚至超過原子分子內(nèi)部庫倫勢的電場強度時，把激光場看作對電子在原子庫倫場約束下運動的微擾觀念不再適用，一系列高度非線性的復雜動力學過程也隨之出現(xiàn)，如多光子與閾上電離、隧穿電離、非次序雙電離和高次諧波產(chǎn)生（High-Harmonic Generation，HHG）。在此背景下，超短超強脈沖的出現(xiàn)逐漸開啟了強場物理研究。其中，高次諧波作為一種極有發(fā)展?jié)摿Φ臉O紫外光源產(chǎn)生方式和實時探測物質(zhì)內(nèi)部超快動力學的可能手段，成為強場物理領(lǐng)域中一個備受關(guān)注的研究方向。

1 實驗進展

1961年，在激光器剛面世不久后，F(xiàn)RANKEN P A 及其合作伙伴就將一束強度約為105V/cm、波長為694.3 nm 的單色光聚焦在石英晶體內(nèi)從而獲得了二次諧波［4］。……